(57)【要約】【課題】燃料電池を暖機する際に、燃料電池を暖機しつつも適切に燃料電池を稼働させることができる燃料電池システム、燃料電池運転方法を提供する。【解決手段】燃料電池システム１または２は、燃料電池１０、その暖機を行う燃焼ヒータ５６、燃料電池の状態を検知する手段６２を備える。燃料電池の状態から、燃料電池が所定の状態にあると判定した場合、燃焼ヒータを所定程度だけ動作させる。このとき、燃焼ヒータをその能力のほぼ上限で動作させることにより暖機効率を高めることができる。暖機中、燃焼ヒータが前記所定程度だけ動作できるように燃料電池の出力を制限する。【選択図】図１
2007258129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと酸化剤ガスの反応により発電する燃料電池と、
燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて燃焼させる燃焼ヒータと、
前記燃料電池の暖機中に前記燃料電池および前記燃焼ヒータに前記燃料ガスと前記酸化剤ガスを供給する反応ガス供給手段と、
前記燃料電池の状態を検知する状態検知手段と、
前記燃料電池の状態から、前記燃料電池が所定の状態にあると判定した場合、前記燃焼ヒータを所定程度だけ動作させる暖機手段と、
前記暖機手段の動作中、前記燃焼ヒータが前記所定程度だけ動作できるように前記燃料電池の出力を制限する出力制限手段とを備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記暖機手段は、前記燃焼ヒータをその能力のほぼ上限で動作させる上限動作手段を含むことを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記所定の状態は、前記燃料電池の不安定発電状態であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記出力制限手段は、前記燃料電池の発電を停止する発電停止手段を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
燃料ガスと酸化剤ガスの反応により発電する燃料電池と、燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて燃焼させる燃焼ヒータとを備え、前記燃料電池の暖機中に前記燃焼ヒータにも燃料ガスと酸化剤ガスが供給され、暖機後に発電を行う燃料電池システムにおいて、
前記燃料電池の状態を検知する状態検知ステップと、
前記燃料電池の状態から、前記燃料電池が所定の状態にあると判定した場合、前記燃焼ヒータを所定程度だけ動作させる暖機ステップと、
前記暖機ステップの実行中、前記燃焼ヒータを前記所定程度だけ動作できるように前記燃料電池の出力を制限する出力制限ステップとを含むことを特徴とする燃料電池システムの運転方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池の暖機中に燃焼ヒータにも燃料ガスと酸化剤ガスが供給されるような燃料電池システムにおいて燃料電池を稼働させながら暖機する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、エネルギ変換効率が高いため損失熱で自らを暖機する能力が小さく、規定温度より低いと発電効率が極端に低くなるという特性を有する。このため、特に車両のような冷温状態にさらされる可能性のあるシステムにおいては、始動直後に十分な発電電力を得るのが困難な場合がある。さらに、セルの電解質膜の一部が凍結するほどの低温下では、発電効率がいっそう低下する。このような低温状態における始動に対処するため、これまで、燃料電池の暖機システムがいろいろ提案されている。例えば、燃料電池を加温または冷却する冷却水循環系に燃焼式ヒータを設け、この燃焼式ヒータに燃料電池と共通の燃料源から燃料を供給する燃料電池の暖機システムがある（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−９４２０２号公報（段落００７３、図１１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、燃料電池を稼働させながら暖機を行う場合、燃料電池と燃焼ヒータの両方に反応ガス（燃料ガスおよび酸化剤ガス）を供給する必要がある。このとき、両方の運転可能領域に対する要求をすべて満たそうとすると、燃料電池の最高出力時に安定発電を可能とする燃料電池要求エア最大量とヒータ最大発熱時に完全燃焼に必要な空燃比を確保できる燃焼ヒータ要求エア最大量との総量を供給可能なエアポンプが必要となり、システムが巨大化することになる。また、燃料電池の稼働に制限が設けられていないと、燃料電池温度が低く発電性能が低下している場合などに、暖機を促進しようとして燃料電池から高電流を引き出すと、スタックの性能を劣化させてしまう虞もある。
【０００４】
そこで、本発明は、燃料電池を暖機する際に、燃料電池を暖機しつつも適切に燃料電池を稼働させることができる燃料電池システム、およびこの燃料電池システムの運転方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明は、燃料ガスと酸化剤ガスの反応により発電する燃料電池と、燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて燃焼させる燃焼ヒータと、前記燃料電池の暖機中に前記燃料電池および前記燃焼ヒータに前記燃料ガスと前記酸化剤ガスを供給する反応ガス供給手段と、前記燃料電池の状態を検知する状態検知手段と、前記燃料電池の状態から、前記燃料電池が所定の状態にあると判定した場合、前記燃焼ヒータを所定程度だけ動作させる暖機手段と、前記暖機手段の動作中、前記燃焼ヒータが前記所定程度だけ動作できるように前記燃料電池の出力を制限する出力制限手段とを備えたことを特徴とする。
この構成の燃料電池システムによれば、燃料電池を暖機しながら適切に燃料電池を稼働させることができる。燃料電池の出力を制限することで、燃料電池での反応ガスの消費量を低減させることができるので、反応ガス供給手段（特に、酸化剤ガス供給手段のコンプレッサ）の大型化をする必要がなくなる。
【０００６】
請求項２記載の燃料電池システムは、前記暖機手段が、前記燃焼ヒータをその能力のほぼ上限で動作させる上限動作手段を含むことを特徴とする。
この構成の燃料電池システムによれば、前記燃焼ヒータがその能力のほぼ上限で動作するので、暖機効率が向上する。
【０００７】
請求項３記載の燃料電池システムは、前記所定の状態が、前記燃料電池の不安定発電状態であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
この構成の燃料電池システムによれば、燃料電池が不安定発電状態のときに、燃料電池を暖機しながら適切に燃料電池を稼働させることができる。
【０００８】
請求項４記載の燃料電池システムは、前記出力制限手段は、前記燃料電池の発電を停止する発電停止手段を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載の燃料電池システム。
この構成の燃料電池システムによれば、燃料電池の発電を停止することで、燃料電池の反応ガスの消費量をほぼゼロにすることができて、反応ガス供給手段の能力をすべて燃焼ヒータに向けることができるので、さらなる反応ガス供給手段の小型化および燃料電池の暖機が促進される。
【０００９】
請求項５記載の発明は、燃料ガスと酸化剤ガスの反応により発電する燃料電池と、燃料ガスと酸化剤ガスを反応させて燃焼させる燃焼ヒータとを備え、前記燃料電池の暖機中に前記燃焼ヒータにも燃料ガスと酸化剤ガスが供給される燃料電池システムの運転方法であり、前記燃料電池の状態を検知する状態検知ステップと、前記燃料電池の状態から、前記燃料電池が所定の状態にあると判定した場合、前記燃焼ヒータを所定程度だけ動作させる暖機ステップと、前記暖機ステップの実行中、前記燃焼ヒータを前記所定程度だけ動作できるように前記燃料電池の出力を制限する出力制限ステップとを含むことを特徴とする。
請求項５記載の燃料電池システムの運転方法は、請求項１記載の発明と同様の効果を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃料電池の暖機時に、燃料電池を暖機しつつも適切に燃料電池を稼働させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態と添付図面により本発明を詳細に説明する。
なお、複数の図面に同じ要素を示す場合には同一の参照符号を付ける。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態による並列方式の燃料電池システムの構成例を概念的に示す略ブロック図である。燃料電池と燃焼ヒータへの燃料（燃料ガスと酸化剤ガス（空気））の供給方法には、例えば、燃料電池を経由して燃焼ヒータに燃料を供給する直列方式と、燃料電池と燃焼ヒータにそれぞれ並列に供給する並列方式とがある。ここでは、後者を例にとって説明する。以下において、本発明の燃料電池システムは、車両に搭載されているものとして説明するが、必ずしも車載のものである必要はない。
図１において、本実施形態に係る燃料電池システム１は、周知のようにアノード（図示せず）、カソード（図示せず）およびこれら両極に挟まれた電解質膜（図示せず）を備え、供給される燃料ガスと酸化剤ガスとにより発電する燃料電池１０、燃料電池１０のアノードに対して水素（燃料ガス）を供給および排出するアノード系（後記）、燃料電池１０のカソードに対して酸素を含む空気（酸化剤ガス、反応ガス）を供給および排出するカソード系（後記）、燃料電池１０の暖機を行う暖機系（後記）、および燃料電池システム１全体を制御する制御系（後記）を備えている。
【００１２】
燃料電池（燃料電池スタック）１０は、単セルを複数積層することによって構成された固体高分子型燃料電池である。単セルは、電解質膜（固体高分子膜）の両面をアノード（燃料極）およびカソード（空気極）で挟んで構成したＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly、膜電極接合体）と、このＭＥＡを挟む一対のセパレータとにより構成されている。各セパレータには、各単セルを構成するＭＥＡの全面に水素または酸素を供給するための溝や、全単セルに水素、酸素を導くための貫通孔等が形成されており、これら溝等がアノード流路１１、カソード流路１２として機能している。
【００１３】
そして、アノード流路１１を介して各アノードに水素が供給され、カソード流路１２を介して各カソードに酸素を含む空気が供給されると、アノードおよびカソードに含まれる触媒（Ｐｔなど）上で電気化学反応が起こり、その結果、各単セルで電位差（いわゆるＯＣＶ（Open Circuit Voltage：開回路電圧））が発生する。このように各単セルで電位差が発生した燃料電池１０に対して、例えば図示しない走行モータなどの外部負荷４１が接続されると、燃料電池１０は継続的に発電する。また、前記セパレータには、燃料電池１０を加熱するための熱交換流体が流通する熱交換流体流路１３が形成されている。
【００１４】
アノード系は、水素が貯蔵された水素タンク２１と、水素タンク２１からの水素ガスの流路を断続または開閉する遮断弁２２と、を主に備えている。そして、水素タンク２１から下流側に向かって、配管２１ａと、遮断弁２２と、配管２２ａと、アノード流路１１とが順に接続されており、後記の燃料電池（ＦＣ）制御部９０によって遮断弁２２が開かれると、アノード流路１１に水素が供給されるようになっている。また、配管２２ａには減圧弁（図示せず）が設けられており、水素が適宜に減圧されるようになっている。
アノード流路１１の下流側には、配管２２ｂが接続され、アノードから排出されたアノードオフガスが、配管２２ｂを介して外部に排出されるようになっている。
【００１５】
カソード系は、コンプレッサ３１（スーパーチャージャ、酸化剤ガス供給源）を主に備えている。コンプレッサ３１は、配管３１ａを介して、カソード流路１２に接続され、ＦＣ制御部９０の指令により動作すると、酸素を含む空気がカソード流路１２に供給される。また、配管３１ａには、加湿器（図示せず）が設けられ、カソードに送られる空気が適宜に加湿されるようになっている。
カソード流路１２の下流側には、配管３１ｂが接続され、カソードから排出されたカソードオフガスが、配管３１ｂを介して外部に排出されるようになっている。
【００１６】
暖機系は、燃料電池１０の熱交換流体流路１３を流れる熱交換流体を適宜に加熱する系である。暖機系は、コンプレッサ３１からの配管３１ａの分岐路に挿入されたバイパス用遮断弁５０、前記の遮断弁２２下流の配管２２ａの分岐路に挿入された遮断弁５１、バイパス用遮断弁５０からの空気流に遮断弁５１からの水素ガスを導入し、空気と水素ガスとを混合して燃焼混合ガスを生成する混合器５３、Ｐｔなどの触媒を内蔵し、その触媒下で混合器５３からの燃焼混合ガスに燃焼反応を起こさせ、高温の排気ガスを発生する触媒燃焼器５４、触媒燃焼器５４から送られた高温の排気ガスと熱交換流体との間で熱交換することにより熱交換流体を加熱する熱交換器５５、熱交換器５５で加熱された熱交換流体を燃料電池１０の熱交換流体流路１３に通して循環させるポンプ６１および熱交換流体循環用の配管６１ａ〜６１ｃを備える。
前記の要素２１，２１ａ，２２，２２ａ，３１，３１ａ，５０，５３は、請求項で言うところの反応ガス供給手段の主要部を構成する。
【００１７】
触媒燃焼器５４と熱交換器５５は、燃焼ヒータ５６として一体化して実現することも可能である。熱交換後の排気ガスは、配管を介して外部に排出される。配管６１ａには、温度センサ６２が取り付けられ、その内部を流れる熱交換流体の温度Ｔを検出するようになっている。燃料電池１０から排出された直後の熱交換流体が配管６１ａを流れるため（図１参照）、温度センサ６２で検出される温度Ｔは、燃料電池１０の温度にほぼ等しいと考えられる。なお、熱交換流体は、いわゆるラジエータ液（不凍液、冷媒）であり、例えば、エチレングリコールなどを主成分とするものである。
請求項で言うところの暖機手段は、前記反応ガス供給手段の他、要素５６，６１，６１ａ〜６１ｃ，１３を含む。
【００１８】
制御系は、制御に必要な情報を得るため、前記の温度センサ６２のほか種々のセンサ類を備えている。例えば、本実施形態の燃料電池システム１においては、燃料電池１０を構成する単セルごとの起電力を測定できるように、単セルごとに電圧センサが配置されている。燃料電池１０からはＶＣＵ（電圧制御ユニット）１４を介して電力が取り出される。ここで、ＶＣＵ１４は、電流−電圧センサ（Ｉ−Ｖセンサ）１５を介して燃料電池１０に接続される。さらに、ＶＣＵ１４には、燃料電池１０の出力を充電に適した電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ４４を介してバッテリやキャパシタなどのエネルギーストレージ４６が接続され、余剰電力を蓄えるようになっている。コンプレッサ３１は、ＦＣ制御部９０から出力される制御信号Ｃ３１により制御される。さらに本実施形態による燃料電池システム１の制御系は、車両の電源スイッチの機能を果たすイグニッションスイッチ８０を含む。
【００１９】
ＦＣ制御部９０は、独立した制御装置として実現してもよいし、他のＥＣＵに組み込んで実現してもよい。ＥＣＵを構成する種々のコントローラ（制御部）と同様、ＦＣ制御部９０は、周知のように図示しないＣＰＵ、不揮発性メモリ、ＲＡＭ、各種インタフェイス、電子回路などを含んで構成される。
【００２０】
本発明の原理によれば、イグニッションＯＮの直後、必要に応じて燃料（水素ガス）と空気を必要な暖機に優先的に使用し、さらに供給可能な燃料と空気を燃料電池１０に回す暖機優先運転を行う。そこで、触媒燃焼器５４の最大運転に必要な単位時間あたりの水素ガス量Ｑｈreqおよび空気量Ｑａreq、水素タンク２１と遮断弁２２による単位時間あたりの水素ガス供給能力Ｑｈmaxおよびコンプレッサ３１による単位時間あたりの空気供給能力Ｑａmaxが分かっていれば、単位時間あたりＱｈmax−Ｑｈreqの水素ガスとＱａmax−Ｑａreqの空気を発電（すなわち、燃料電池１０）に回すことが可能であることが分かる。燃料電池１０での発電に必要な空燃比（ストイキ）から考えて、Ｑｈmax−Ｑｈreqの水素ガスとＱａmax−Ｑａreqの空気の少ない方により、最大暖機時の燃料電池１０の最大発電量Ｐｆｃmaxが決まる。具体的には、例えば、燃料電池１０への空気供給量に制限がない場合の単位時間あたりの水素ガス供給量と発電電力との関係を表すデータ、および燃料電池１０への水素ガス供給量に制限がない場合の単位時間あたりの空気供給量と発電電力との関係を表すデータを保持し、これらを参照することにより、最大発電量Ｐｆｃmaxを求めることができる。
【００２１】
以下において詳細に説明するように、ＦＣ制御部９０は、前記の単セルごとの電圧センサ、Ｉ−Ｖセンサ１５、温度センサ６１、イグニッションスイッチ８０などからの信号に応じて、遮断弁２２、コンプレッサ３１、遮断弁５０および５１、ならびにポンプ６１をそれぞれ制御する制御信号Ｃ２２，Ｃ３１，Ｃ５０，Ｃ５１、およびＣ６１を適宜出力することで、燃料電池システム１の制御を行う。
【００２２】
図２は、ＩＧ８０がＯＦＦからＯＮに切り替えられた際に、ＦＣ制御部９０が実行する本発明の一実施形態による処理の流れを示すフローチャートである。なお、初期状態として、ＩＧ８０がＯＦＦの場合、すべての遮断弁２２、５０および５１が遮断状態であり、ＩＧ８０のＯＮ直後は、コンプレッサ３１やポンプ６１などにも電力は供給されないものとする。また、本実施形態によれば、燃料電池１０のコンプレッサ３１は、燃料電池１０が発電開始するまではエネルギーストレージ４６の電力を使用するものとする。エネルギーストレージ４６ＩＧ８０がＯＮになると、図２において、ＦＣ制御部９０は、まずステップＳ１において、コンプレッサ３１と遮断弁２２を動作させて、燃料電池１０に空気と水素ガスを所定量だけ供給することにより、燃料電池１０を起動する。この場合、エネルギーストレージ４６コンプレッサ３１はエネルギーストレージ４６の電力で駆動する。続いて、ステップＳ３において、燃料電池１０の状態確認を行うため、燃料電池１０の出力電極を解放した状態で燃料電池１０の温度（以下、「システム温度」と称する）Ｔ、単セルごとの起電力を測定する。さらに基準となる負荷（例えば、適切な電装補機４２）を接続した状態における燃料電池１０の出力電圧Ｖおよび出力電流Ｉを測定する。ステップＳ３が状態検知ステップであり、状態検知ステップＳ３を実行するハードウェアおよびソフトウェアの資源が状態検知手段である。
【００２３】
判断ステップＳ５において、ステップＳ３で測定したデータを基に、暖機が必要か否かを判断する。この判断方法としては、例えば、（１）システム温度Ｔが所定の温度Ｔ０より低い場合、（２）燃料電池１０の所定の状態におけるＩＶ曲線を用いて、出力電圧Ｖおよび電流ＩがこのＩＶ曲線の下方にある場合、または（３）燃料電池１０を構成する単セルの出力電圧にバラツキがある場合、燃料電池１０が不安定発電状態にあると考えられるので、暖機が必要と判断する。判断（３）の具体的方法としては、例えば、（３ａ）単セルの起電力の分散または標準偏差が所定の基準値より小さい、または（３ｂ）出力が最低の単セルの電圧が所定の閾値より小さい場合に、単セルの出力電圧にバラツキがあると判断する方法の他、種々の方法が考えられる。また、図４は、暖機が必要か否かの判断に用いる燃料電池１０のＩＶ特性曲線の一例を示すグラフである。この曲線は、暖機要否の判断基準に使用するため、例えば、暖機を必要としない最低温度または暖機が必要となる温度などのような所定の環境条件の下で実測して得る。燃料電池１０の出力電流Ｉと出力電圧Ｖで決まる点（動作点（Ｉ，Ｖ）と称する）が図３の曲線の下側（要暖機領域）にあれば、燃料電池１０の起電力が不十分であり、燃料電池本来の性能が発揮されていないので、暖機が必要であると判断し、上側（暖機不要領域）にあれば、暖機は不要であると判断する。したがって、所定の抵抗値を有する負荷（例えば、既知の適切な抵抗値を有する電装補機）を接続した状態における燃料電池１０の動作点（Ｉ，Ｖ）が図４のＩＶ曲線の下側にあれば、暖機が必要であると判断する。
【００２４】
図２のフローチャートに戻り、判断ステップＳ５において、暖機不要と判断した場合（Ｎｏの場合）、燃料電池１０は良好な状態にあるので、通常の要領で燃料電池１０の通常運転を行うため、ステップＳ６において、コンプレッサ３１の電源を図示しない切替手段によりエネルギーストレージ４６から燃料電池１０へと切り替える。そして、通常運転に入る。
【００２５】
車載燃料電池の暖機が必要な場合として、燃料電池の電力をある程度消費しながら暖機できる場合と、セルの電解質膜の一部が凍結するほど低温で可能な限り燃料電池を稼働させずに暖機のみを行う方（暖機オンリーモード）が好ましい場合とがある。そこで、判断ステップＳ５において、暖機が必要であると判断した場合、さらなる判断ステップＳ７において、暖機オンリーモードにすべきか否かを判断する。この場合の判断は、例えば、システム温度Ｔが前記所定の温度Ｔ０よりさらに低い温度Ｔ１（例えば、氷点）より高いか否かにより行う。
【００２６】
判断ステップＳ７において、暖機オンリーモードで運転すべきであると判断した場合（Ｙｅｓの場合）、ステップＳ１７に進み、燃料電池１０を速やかに昇温し、短期間で燃料電池１０の運転ができるようにするため、燃料電池１０の運転を極力控え（全く発電を行わせないようにする場合も含む）専ら暖機を行うため、燃焼器５４を最大運転する。この暖機方法（暖機オンリーモード）は、本発明の本筋とは異なるので、ここでは詳細な説明は行わない。ただし、暖機オンリーモードでは、燃料電池１０の電力を極力消費しないようにするため、コンプレッサ３１はエネルギーストレージ４６で駆動することが好ましい。暖機しつつ、判断ステップＳ１９において、燃料電池１０が発電可能な状態か否かを判断する。発電可能でない場合（Ｎｏの場合）、ステップＳ１７に戻り暖機を続ける。発電可能である場合（Ｙｅｓの場合）、後記のＳ９に進み、暖機優先運転を行う。
【００２７】
判断ステップＳ７において、燃料電池１０の運転が可能であり、暖機オンリーモードではなく暖機優先で運転するべきであると判断した場合（Ｎｏの場合）、運転を許しながら暖機を行う暖機優先運転を行う。そこで、ステップＳ９において、本実施形態では、少しでも早く暖機を完了し通常運転ができるように、暖機系を最大運転するために、最大運転時に触媒燃焼器５４が必要とする単位時間あたりの水素ガス量Ｑｒｈおよび空気量Ｑｒａを供給するとともに、ポンプ６１に適切な電力を供給する。このとき、種々の状況を考慮し、触媒燃焼器５４を最大運転する代わりに、適切な程度の運転を行っても良い。（ステップＳ９および後記のステップＳ９ａは、暖機ステップであり、暖機ステップＳ９またはＳ９ａを実行するハードウェアおよびソフトウェアの資源は、暖機手段を構成し、上限動作手段を含む。）そして、判断ステップＳ１１において、暖機が完了するまで待機する。この間、後記の割り込みサブルーチンにより、燃料電池１０の出力を前記の最大暖機時の燃料電池１０の発電量Ｐｆｃmax以下に抑える制御を行う。
＜変形例＞
【００２８】
判断ステップＳ７において、判断基準（１）、（２）、（３ａ）および（３ｂ）の何れか１つを用いたが、判断基準（１）、（２）および（３）の任意の２つ以上を組み合わせて判断を行ってもよい。
ステップＳ３に関連して、燃料電池の状態確認の項目を幾つか述べたが、実際には、状態確認ステップＳ３では、判断ステップＳ７で必要な項目のみを測定すればよい。
＜第２の実施形態＞
【００２９】
第１の実施形態においては、燃料電池１０のコンプレッサ３１は、暖機中はエネルギーストレージ４６の電力を使用し、暖機を行わない通常運転においては燃料電池１０の発電電力を使用するものとした。第２の実施形態は、燃料電池システム1の起動時および暖機オンリーモードにおいてはコンプレッサ３１をバッテリ駆動し、それ以外は基本的に燃料電池１０の電力でコンプレッサ３１を駆動するものである。図４は、本発明の第２の実施形態による並列方式の燃料電池システムにおいてＩＧ８０のＯＮに応じて実行される燃料電池制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。第２の実施形態は、図２のフローチャートが図４のフローチャートに置き換わったことを除けば、第１の実施形態と同じであるから、図４のフローチャートのみを説明する。さらに、図４のフローチャートは、コンプレッサ電源切替ステップＳ６を暖機オンリーモード終了後（すなわち、ステップＳ１５の後）には実行せず判断ステップＳ５のＮｏ分岐後にのみ実行するようにしたことと、ステップＳ９がＳ９ａに置き換わったことを除けば、図２のフローチャートと同じである。
【００３０】
したがって、第１の実施形態と同様にＩＧ８０がＯＦＦの場合、コンプレッサ用ＰＤＵ３２の電源は、図示しない切替手段によりエネルギーストレージ４６の側に切り替えられていて、ステップＳ１で燃料電池１０を起動する際、コンプレッサ３１はエネルギーストレージ４６で駆動される。判断ステップＳ５において暖機不要と判断して（Ｎｏの場合）通常運転を行う場合、ステップＳ６において、エネルギーストレージ４６から燃料電池１０へとコンプレッサ電源切替を行う。
【００３１】
判断ステップＳ７において、暖機オンリーモードでなく暖機優先運転をすべきであると判断した場合（Ｎｏの場合）、ステップＳ９ａにおいて図示しない切替手段によりコンプレッサ３１の電源をエネルギーストレージ４６から燃料電池１０に切り替えて、触媒燃焼器５４とポンプ６１を含む暖機系を最大運転する。なお、暖機完了後（判断ステップＳ１１においてＹｅｓの場合）は、ステップＳ１３およびＳ１５を経て通常運転に移るが、コンプレッサ３１は引き続き燃料電池１０により駆動するため、コンプレッサ電源切替を行う必要はない。
【００３２】
因みに、判断ステップＳ７において暖機オンリーモードで運転する場合（Ｙｅｓの場合）、第１の実施形態に関連して述べたように、燃料電池１０の電力を極力消費しないようにするため、ステップＳ１での設定のままコンプレッサ３１はエネルギーストレージ４６で駆動する。
【００３３】
本実施形態も基本的に第１の実施形態と同様の効果をもたらすが、本実施形態の暖機優先運転においては、コンプレッサ３１を燃料電池１０の発電電力で駆動する。
＜第３の実施形態＞
【００３４】
第１および第２の実施形態においては、並列方式の燃料電池システムを例にとって説明したが、本発明は直列方式の燃料電池システムにも適用可能である。
図５は、本発明の第３の実施形態による直列方式の燃料電池システムの構成例を概念的に示す略ブロック図である。図５の燃料電池システム２は、遮断弁５１が燃料電池１０のアノード流路１１の下流の配管２２ｂに接続され、かつ遮断弁５０が燃料電池１０のカソード流路１２の下流の配管３１ｂに接続されたことにより、燃料電池１０と燃焼ヒータ５６とが直列に接続されたことを除けば、図１の燃料電池システム１と同じである。
ＩＧ８０をＯＮにした際に実行される燃料電池制御プログラムも、図１の燃料電池システム１の場合と同じであるから、説明を省略する。また、図５の燃料電池システム２においても、前記の変形例が適用できることは言うまでもない。
＜変形例＞
【００３５】
以上は、本発明の説明のために実施の形態の例を掲げたに過ぎない。したがって、本発明の技術思想または原理に沿って前記の実施の形態に種々の変更、修正または追加を行うことは、当業者には容易である。
例えば、図１および６に示した実施形態においては、システム温度を、燃料電池１０の熱交換流体流路１３下流の配管６１ａで測定しているが、燃料電池１０のアノード流路１１から排出されるアノードオフガスの温度を測定するようにしてもよい。
図１および図５においては、ＥＣＵ９０がＦＣ制御部９０と駆動制御部９４とを含み、これらが、先に述べた種々の制御を行うものとして説明した。しかし、当業者には明らかなように、本発明は、先に述べた種々の制御を行う限り、それらの制御を行う要素の名称や構成を問わず、実施可能である。
【００３６】
図１および図５においては、本発明の説明に直接関係のない要素を省略したが、好ましい実施形態では、図示した以外に種々の要素が用いられる。例えば、アノード系について、燃料電池１０から排出された水素ガスを燃料電池１０の水素ガス供給路に戻す循環経路と、循環経路から水素ガスを排出するパージ弁とを設けた構成としてもよい。なお、図５の第３の実施形態では、パージ弁から排出された水素ガスは燃焼ヒータ５６に供給する。
【００３７】
また、前記の実施形態においては、本発明を車両に適用した例を用いたが、本発明は、燃料電池と燃焼ヒータに共通の燃料源を用いるシステムであれば、車両に限らず船舶でも何でも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の第１の実施形態による並列方式の燃料電池システムの構成例を概念的に示す略ブロック図である。
【図２】ＩＧ８０のＯＮに応じて実行される燃料電池制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】暖機が必要か否かの判断に用いる燃料電池１０のＩＶ特性曲線の一例を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態による並列方式の燃料電池システムにおいてＩＧ８０のＯＮに応じて実行される燃料電池制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の第３の実施形態による直列方式の燃料電池システムの構成例を概念的に示す略ブロック図である。
【符号の説明】
【００３９】
１、２  本発明の燃料電池システム
１０    燃料電池
１４    ＶＣＵ
１５    Ｉ−Ｖセンサ
１６    電流センサ
２１    水素タンク
２２、５０，５１  遮断弁
３１    コンプレッサ
４４    ＤＣ／ＤＣコンバータ
４６    エネルギーストレージ
５３    混合器
５４    触媒燃焼器
５５    熱交換器
５６    燃焼ヒータ
６１    ポンプ
８０    イグニッションスイッチ（ＩＧ）
９０    燃料電池制御部（ＦＣ制御部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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